电动汽车用驱动电机的设计

Ⅰ 电动汽车采用哪种驱动电机好

在环保的大环境下，电动汽车也成为了近年来研究的热点，电动汽车在城市交通中可以实现零排放或极低排放，在环保领域优势巨大，各国都在努力发展电动汽车。电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。

1电动汽车对于驱动电机的要求

目前对于电动汽车性能的评定，主要是考虑以下三个性能指标:(1)最大行驶里程(km):电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程；(2)加速能力(s):电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间；(3)最高时速(km/h):电动汽车所能达到的最高时速。

针对于电动汽车的驱动特点所设计的电机，相比于工业用电机有着特殊的性能要求:(1)电动汽车驱动电机通常要求可以频繁的启动/停车、加速/减速、转矩控制的动态性能要求较高；(2)为了减少整车的重量，通常取消多级变速器，这就要求在低速或爬坡时，电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4-5倍的过载；(3)要求调速范围尽量大，同时在整个调速范围内还需要保持较高的运行效率；(4)电机设计时尽量设计为高额定转速，同时尽量采用铝合金外壳，高速电机体积小，有利于减少电动汽车的重量；(5)电动汽车应具有最优化的能量利用，具有制动能量回收功能，再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%-20%；(6)电动汽车所使用的电机工作环境更加复杂、恶劣，要求电机在有着很好的可靠性和环境适应性，同时还要保证电机生产的成本不能过高。

2几种常用的驱动电机

2.1直流电动机

在电动汽车发展的早期，大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机，这类电机技术较为成熟，有着控制方式容易，调速优良的特点，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机有着复杂的机械结构，例如:电刷和机械换向器等，导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，浪费能量，散热困难，也会造成高频电磁干扰，影响整车性能。由于直流电动机有着以上缺点，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

2.2交流异步电动机

交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。目前，交流异步电机已经大规模化生产，有着各种类型的成熟产品可以选择。但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，相比较于永磁式电动机和开关磁阻电机而言，异步电机的效率和功率密度偏低，对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。

2.3永磁式电动机

永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型，一种是无刷直流电机，它具有矩形脉冲波电流；另一种是永磁同步电机，它具有正弦波电流。这两种电机在结构和工作原理上大体相同，转子都是永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。

永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。但是由于受到永磁材料工艺的限制，使得永磁式电动机的功率范围较小，一般最大功率只有几十千万，这是永磁电机最大的缺点。同时，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏。而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。

2.4开关磁阻电机

开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，开关磁阻电机的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。而且它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。

考虑到作为电动汽车驱动电机使用，直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差，很容易发生机械和退磁的故障，所以本文着重介绍开关磁阻电机与交流异步机相比，有着以下方面的明显优势。

2.4.1电机本体结构方面

开关磁阻电机的结构比鼠笼式感应电机更简单，其突出的优点是转子上没有绕组，仅仅是由普通硅钢片叠压而成。整个电机的损耗大部分集中于定子绕组上，这使得电机制造简单，绝缘性好，容易冷却，有着优秀的散热特性，这种电机结构能减小电机体积和重量，可以用很小的体积取得较大的输出功率。由于电机转子机械弹性好，所以开关磁阻电机可以用于超高速运行。

2.4.2电机驱动电路方面

开关磁阻电机驱动系统的相电流是单向的，同时与转矩方向无关，可以只用一个主开关器件来满足电机的四象限运行状态。功率变换器电路与电机的励磁绕组直接串联，各相电路独立供电，即使电机的某相绕组或者控制器发生故障，只需使该相停止工作即可，不会造成更大的影响。所以，无论电机本体还是功率变换器都十分安全可靠，所以比异步机更适合用于恶劣环境。

2.4.3电机系统性能方面

开关磁阻电机的控制参数多，很容易通过适当的控制策略和系统设计满足电动汽车的四象限运行的要求，并且在高速运行区域也能保持优秀的制动能力。开关磁阻电机不仅效率高，而且在很宽的调速范围内都可以保持高效率，这是其他类型的电机驱动系统难以媲美的。这种性能十分适合应用于电动汽车的运行情况，非常有利于提高电动汽车的续行里程。

Ⅱ 纯电动汽车内部电动机应该怎样选择

纯电动汽车内部电动机应该怎样选择？
电动机类型选择
选择纯电动汽车驱动电动机类型的关键是电动机的机械特性。三相异步感应电动机、永磁无刷直流电动机、永磁磁阻电动机和开关磁阻电动机的机械特性都可以用T一九和P一九曲线来表示，并可作为选择电动机的参考或依据。在设计与选择电动汽车的驱动电动机时，可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性台邑参数，作为电动机设计的依据。实际上，大多数情况下是电动汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。可供电动汽车选用电动机的种类繁多，功率覆盖面很广。电动汽车对于驱动电动机的调速范围、可靠性、能够在恶劣环境条件下工作的1；能力等方面有比较高的要求。

目前电动汽车很大一部分是采用感应电动机作为驱动电动机。感应电动机效率高(90%以上)，功率较大（接近lkW7kg），功率因数变化大，转子为鼠笼型结构，适合于高速运转。另外，感应电动机的可靠性高，便于维修，价格便宜。随着功率电子器件和功率变换器的快速发展，感应电动机的控制器采用了矢量控制方法控制的变频器或逆变器，使感应电动机具有更好的可控性和宽广的调速范围。目前已经能够在市场买到不同生产厂家生产的不同规格的效率高、技术性能可靠的感虚电动机及变频器或逆变器，可以直接为电动汽车所采用。新型感应电动机的直接转矩控制系统，具有控制简单、动态响应快、调速范围宽等特点。感应电动机的价格比较便宜，但控制系统很复杂，价格也较高。永磁电动机的应用越来越广泛。永磁电动机具有效率高（达到9 7%）、质量功率较大（超过lkW/kg）的特点。

永磁电动机的转子没有励磁绕组，可以高速运转，可靠性好，体积小、质量轻，便于维修。采用矢量控制的变频调速系统，使永磁电动机具有宽广的调速范围。永磁电动机的控制系统要比感应电动机的控制系统简单和便宜。永磁电动机的永磁材料强度较差，大功率的永磁电动机所需要的永磁材料需要特别加固，因此，永磁电动机的功率一般较小。有些永磁材料在高温作用下，会发生磁性衰退现象，电动机需要采取水冷却方式来控制温度在1 5 0℃以下。目前永磁材料的价格较高，因此永磁电动机及其控制系统的成本较高。

开关磁阻电动机是一种新型电动机，在电动机的转子上，没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等装置。它的结构比其他任何一种电动机都要简单，效率可以达到85%～93%，转速可以达到15000r7mino其转矩一转速特性好，在较宽的转速范围内，转矩、速度可灵潘地控制，并有高的启动转矩和低的启动功率的机械特性；转子上没有励磁绕组和永磁体，结构简单坚固、可靠性好，质量轻，便于维修，成本较低。开关磁阻电动机的控制系统包括微处理器、位置检测器和电流检测器等电子器件，控制系统较复杂，调节性能和控制精度要求高。工作时转矩脉动大，噪声也较大，体积比同样功率的感应电动机要大一些。目前，正在开发水冷却开关磁阻电动机及其控制器和永磁开关磁阻电动机，其性能将进一步提高。随着现代制造技术、现代电子技术、控制理论、计算机和电子元器件的发展，电动机的控制系统正不断向自动化、集成化和小型化的方向发展。这将促进各种电动机及其控制系统不断地改进和完善，为电动汽车驱动系统提供更加宽广的选择范围。

其他类型的特种电动机也可以作为电动汽车的驱动电动机，包括同步磁阻电动机、永磁阶跃电动机、横向磁通量电动机等特种电动机。但这些特种电动机需要特殊的驱动系统，且难与现有的各种电动机的驱动系统和传动系统协调工作，其生产技术和制造工艺也较复杂。但随着技术的进步和发展，电动汽车所需要的性能更好、效率更高、体积更小、质量更轻的新型电动机和驱动系统必然会研制和开发出来。

尽管电动机的最大转矩是额定转矩的几倍，但在输出转矩增加的同时，转子电流也大大地增加，需要动力电池组在很短时间内大电流地放电。特别是在“堵转’’启动时，若时间过长会使电动机烧毁。为了保护电动机和动力电池组，并且符合电动汽车行驶速度和驱动力的要求，在驱动系统中，一般要装置减速器或变速器。
额定电压选择
在相同的输出功率条件下，动力电池组的电压高时，电流较低；相反，动力电池组的电压低时，电流较高。高电压、小电流系统的导线、接头、开关等电器元件可以细小一些，连接起来方便，但要求有更安全的防护措施，而且管理系统更复杂。低电压、大电流系统的导线、接头、开关等电器元件都比较大，连接要求也高，而且管埋系统相对较简单。电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计，车辆的自重、电池等相关参数确定后，才能确定电动机的电压、转速等参数。即当车辆的自重确定后，电池的个数就确定了，电动机的电压等级也随之确定。但总体要求是，尽可能提高电压等级，这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下，使电动机的功率小一点，电动机的电流也小一点，这样，电池的容量选择、安装空间、安装方式等就比较容易处理。
额定转速选择
根据电动汽车的速度、动力性能的要求，需要选择不同转速的驱动电动机。
1．低速电动机
低速电动机的转速为3000～6000r/min，扩大恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和重量较大。且相应的转换器、控制器的尺寸也较大，各种电器内在的损耗较大，但减速器的速比较小。一般低速电动机的转动惯量大、启动慢，停止也慢，用于电动汽车不太适宜。
2．中速电动机
中速电动机的转速为6000～lOOOOr7min，它的各种参数介于低速电动机与高速电动机之间。通常电动汽车多采用中速电动机作为驱动电动机。
3．高速电动机
高速电动机的转速为lOOOOr/min，扩大的恒功率区宽，尺寸和质量较小，相应的转换器、控制器的尺寸也较小，各种电器内在的损耗较小。而其减速器的速比要大大增加，通常需要采用行星齿轮传动机构。高速电动机的使用，主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯量小，启动快，停止也快，电动汽车上常采用高速电动机作为驱动电动机。

Ⅲ 新能源汽车对电机的要求有哪些

【太平洋汽车网】新能源汽车对电机的要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。新能源汽车常用的驱动电机主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。

新能源汽车驱动电机在需要充分满足汽车运行功能的同时，还应满足行驶的舒适性、环境适应性等性能以及对车辆一次充电续驶里程的要求。新能源汽车驱动电机具有比普通工业电机更为严格的技术规范和标准要求，其主要性能要求如下。

1.体积小、质量轻为了充分利用有限的车载空间，减小车辆质量，降低运行中的能量消耗，应尽量减小驱动电机的体积和质量。电机可以采用铝合金外壳，各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。

2.全速段高效运行一次充电续驶里程长，特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下，驱动电机应具有较高的效率。

3.低速大转矩及宽范围的恒功率特性即使没有变速器，驱动电机本身应能满足所需的转矩特性，以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。驱动电机应具有自动调速功能，可以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适度，并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。

4.高可靠性在任何运行工况下都应具有高可靠性，以确保车辆的行驶安全。

5.高电压在允许的范围内尽可能采用高电压，可以减小电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。

6.安全性能动力电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到300V以上，对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求，新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。

7.高转速与低转速电机相比，高转速电机的体积和质量较小，有利于降低整车装备的质量。

8.使用寿命长为降低新能源汽车的使用成本，驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致，真正实现节能环保的目标。

同时，驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产、使用维护方便。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

Ⅳ 新能源汽车选用电机有何要求

1、电动汽车对于驱动电机的要求

目前电动汽车主要有三个性能指标：

(1)最大行驶里程(km)：电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程；

(2)加速能力(s)：电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间；

(3)最高时速(km/h)：电动汽车所能达到的最高时速。
在美国某机场运营的纯电动客车

大家都知道，电机分很多种。单工业电机就有很多。但是作为电动汽车的驱动电机，其诞生之初就有着独特的性能要求：

(1)适用汽车各种工况：频繁的启动/停车、加速/减速，这就要求电动汽车的驱动电机满足转矩控制的动态性能要高。

(2)为了减少整车的重量，通常取消多级变速器，这就要求在低速或爬坡时，电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4-5倍的过载；

(3)驱动电机调速性能要好：要求调速范围尽量大，同时在整个调速范围内还需要保持较高的运行效率；

(4)电机设计时尽量设计为高额定转速，同时尽量采用铝合金外壳，高速电机体积小，有利于减少电动汽车的重量；

(5)电动汽车应具有最优化的能量利用，具有制动能量回收功能，再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%-20%；

(6)可靠性好：鉴于电动汽车所使用的电机工作环境更加复杂、恶劣，因此，可靠性必须要高。同时还要保证电机生产的成本不能过高。

2、几种常用的驱动电机

2.1直流电动机
直流电动机

在电动汽车发展的早期，大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机，这类电机技术较为成熟，有着控制方式容易，调速优良的特点，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。

但是由于直流电动机有着复杂的机械结构，例如：电刷和机械换向器等，导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本。

此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，浪费能量，散热困难，也会造成高频电磁干扰，影响整车性能。由于直流电动机有着以上缺点，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

2.2交流异步电动机

交流异步电动机

交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。

如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。

Ⅳ 在制造汽车时，如何提高驱动电机的短时最大输出功率

分析了永磁材料的磁性能，转子结构，电枢绕组模式和控制策略对永磁同步驱动电机性能的影响。它选用具有高持久性，高固有矫顽力和高最大磁能积的钕铁硼稀土永磁材料，并采用具有良好稳态性能和高功率密度的内置永磁钢转子。高槽全速，低铜消耗，小齿槽转矩，部分槽集中绕组和直接转矩弱磁控制策略。我们提出了一种优化设计方法，以改善新能源汽车用永磁同步驱动电机的性能。

介绍

世界上存在严重的能源短缺。随着生态环境的迅速恶化，环境保护问题日益突出，低碳经济的发展迫在眉睫，新能源汽车已成为全球节能环保领域最受推崇的新兴产业。汽车电气化技术的改进引起了更多关注。并作为混合动力和纯电动汽车“发动机”的驱动马达。它已成为与新能源汽车的性能以及节能减排直接相关的关键组件。永磁同步驱动电动机具有功率密度高，效率高，脉动转矩小，弱磁调速范围大等特点，是节能环保型新能源汽车驱动电动机的最佳选择。为了更好地利用永磁同步驱动电动机的价值，本文继续突破永磁材料研究的瓶颈，优化电动机结构设计，提高永磁同步驱动电动机的性能，促进更好的发展。新能源汽车。

永磁同步驱动电动机的电枢绕组根据线圈绕组的形状和埋线方式可分为分布绕组和集中绕组。根据电机每当量上极每极的槽数q=刀（印刷m），它可以分为整数槽绕组和分数槽绕组。

分数槽或整数槽的使用取决于电动机的性能和生产过程。与整数槽绕组相比，使用分数槽绕组具有以下优点：

1）平均而言，每个刺激对下相应的插槽数显着减少。少量的大插槽用来代替大量的小插槽，业余打孔片的插槽数量很少。电枢铁心的制造工艺相对简单，同时可以减少槽绝缘的空间，有助于提高槽的整体速度，提高电动机的性能。

2）通常，使用小槽可以缩短电动机线圈的末端，以节省铜线，从而降低电动机的绕组电阻，并在相同情况下减少电动机的铜消耗，从而提高电动机效率并减少温升。

3）如果不使用斜槽，则可以传输短距离和绕组的分布效果。改善了反电动势波形的正弦，以减少电动机中的转矩脉动和噪声。

4）当节距l，=1时可以使用自动绕线（分数槽集中绕线），这不仅提高了劳动生产率，而且简化了导线的埋入过程和布线，并节省了成本。缠绕在齿上的线圈的圆周和在绕组末端的延伸部分的长度被缩短。为了进一步减少所使用的铜量，每个线圈的末端不重叠。不必提供相间绝缘。

5）通过合理选择极槽调节。与整数槽绕组相比，部分槽集总绕组在减小齿槽转矩和增加输出方面更有效，并且磁场减弱和速度扩展能力也有所提高。

与整数槽绕组相比，分数槽绕组的主要缺点是：损失和噪音。目前，选择与低谐波谐波匹配的极槽，采用叠片式转子磁轭来减少涡流损耗，采用高阻永磁材料，适当增加气隙，调整槽宽等都是有效的。弥补了部分槽绕组的缺点。

根据以上分析，就性能指标和经济性而言，分数槽绕组可以有效地提高槽的整体速度，减少电动机的铜消耗，并减小齿槽转矩。更适合于永磁同步驱动电动机。控制策略对永磁同步驱动电机性能的影响

永磁同步驱动电动机的两种常见控制策略是矢量控制和直接转矩控制。两者都有其优点和缺点。矢量控制基于受控永磁同步驱动电动机的数学模型，并且通过控制电枢绕组电流来实现电动机转矩。

永磁同步驱动电动机的低速转矩在矢量控制下相对稳定，速度范围宽。在转子磁场方向矢量控制下，不需要励磁电流，因此它可以产生单位电流。最大电磁转矩。相对于矢量控制。直接转矩控制消除了对复杂空间坐标变换的需求。只有采用定子磁通量方向控制，才能直接观察和控制定子坐标系中的电机磁通量和转矩，具有控制方式简单，转矩响应快，易于完全数字化的优点。

目前，先进的控制算法已应用于两种控制策略，并取得了良好的效果。例如，基于滑模可变结构的永磁同步驱动电动机的直接转矩控制解决了常规永磁同步类型的直接转矩控制的问题。驱动电动机大电流，磁链和转矩脉动问题。

基于占空比控制的新型永磁同步驱动电动机直接转矩控制方法。使用准确的数学模型和扭矩误差，在整个采样周期内计算当前所选有效电压矢量的工作时间的占空比。它实时调整有效电压矢量的工作时间。有效降低转矩脉动。将基于比例积分派生神经网络的小脑模型联合控制器CMAC引入永磁同步电动机交流调速系统，用速度的外环PI控制器代替传统的双环控制系统。

另外，在矢量控制和直接转矩控制策略的研究基础上，高性能控制技术也得到了迅速发展，极大地提高了永磁同步驱动电机的性能。

1）弱磁场扩展技术。电动汽车，特别是直接驱动电动汽车，需要具有宽速度范围的永磁同步驱动电动机。电动机的调速范围受到电动机本身的机械强度和高于基本速度的恒定功率范围的限制。在这种情况下，需要弱磁控制。由于内置的转子结构，电动机具有凸极效应。并充分利用磁阻转矩来拓宽磁场减弱区域的范围。

2）转矩脉动抑制技术。永磁同步驱动电动机的转矩脉动的两个主要原因是由于其自身的结构而导致的非理想磁路和放大引入参数误差的控制方法。所以。通过优化永磁同步驱动电动机的结构，可以改善转子磁场分布，并可以在电动机控制水平上优化控制策略，以减少定子齿槽转矩，最终实现转矩脉动抑制。

基于以上分析，内置永磁同步驱动电机采用直接转矩控制弱磁增速技术。它对提高自身性能有很大的影响。

结束语

本文分析了永磁材料的磁性能，转子结构，电枢绕组和控制策略对永磁同步驱动电机性能的影响。永磁钢采用钕铁硼稀土永磁材料，转子采用内置结构，电枢绕组选择分数槽绕组也与转矩磁场弱化速度扩展技术直接匹配。它可以有效地改善永磁同步驱动电动机的主要性能指标。

Ⅵ 纯电动汽车和混合动力汽车在驱动电机的选用上有何差异

纯电动汽车的驱动电机在选用时需要考虑整车在全工况下的驱动力，同时还要考虑整车的设计指标要求。发微型纯电动车，功率要求不高的情况下，驱动电机选择的指标就会比普通乘用车要低。而混合动力汽车则需要根据混动比和充电模式综合要素来决定其驱动电机的选择。通常的原则是，混动比越高，对驱动电机的指标要求就越高，反之则越低。